Publication: İnsan monoamin oksidaz A ve B enzimlerinin 3 arilkumarin türevleri ile inhibisyonunun araştırılması
Abstract
İnsan Monoamin Oksidaz A ve B Enzimlerinin 3-Arilkumarin Türevleri ile İnhibisyonunun Araştırılması Monoamin Oksidaz (EC-1.4.3.4, MAO), çeşitli hücrelerin mitokondri dış membranında bulunan, FAD-içeren bir flavoenzimdir. MAO, farklı üç boyutlu yapı, substrat ve inhibitör seçim özellikleri ile birbirinden ayrılan ve MAO-A ve MAO-B enzimi olarak isimlendirilen iki izoenzim halinde bulunur. Bu izoenzimler monoamin degredasyonunda ve dolayısıyla nörotransmitörlerin inaktivasyonunda önemli görev alırlar. Bu nedenle spesifik MAO enzim inhibitörleri, çeşitli nörodejeneratif ve nörolojik rahatsızlıkların tedavisinde ilaç olarak kullanılmaktadır. Depresyon, günümüzde sıklıkla görülen bir psikiyatrik hastalıktır ve tedavisi için geliştirilen yeni ilaçlara rağmen halen önemli bir sağlık sorunu olmaya devam etmektedir. Alzheimer Hastalığı, kavrama ve konuşma bozuklukları, hafıza kaybı ve birçok davranış anormallikleri ile karakterize edilen, kronik nörodejeneratif bir hastalıktır. Alzheimer Hastalığı sanayileşmiş ülkelerde, özellikle yaşlılarda sık olarak görülür ve bu ülkelerde başlıca ölüm sebeplerinden biridir. Parkinson hastalığı kronik, ilerleyici, nörodejeneratif bir hareket bozukluğu hastalığıdır. Parkinson Hastalığını tamamen önleyici bir tedavi olmamasına rağmen çeşitli ilaç ya da cerrahi tedavi yöntemleriyle hastalık semptomlarında çeşitli düzelmeler sağlanabilmektedir. MAO-A inhibitörleri depresyon ve anksiyete gibi nörolojik rahatsızlıkların tedavisinde kullanım alanı bulurken, MAO-B inhibitörleri Parkinson ve Alzheimer Hastalıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Kumarinler doğal ve/ veya sentetik kaynaklı olabilen ve antikanser, antimikrobiyel, antioksidant ve antikoagulan özellikler başta olmak üzere pek çok farmakolojik özelliklere sahip olan benzopiran halka sistemine sahip organik bileşiklerdir. Son yıllarda yapılan çalışmalarda çeşitli kumarin türevlerinin anti MAO etkileri gösterilmiştir. Bu tez çalışmasında Marmara Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Biyokimya ve Organik Kimya laboratuvarlarında sentezlenmiş ve yüksek antioksidan aktiviteye sahip çeşitli 3-arilkumarin türevi bileşiklerin MAO-A ve MAO-B izoenzimleri üzerindeki inhibe edici özellikleri ilk kez in vitro olarak incelendi. Bu çalışmamızda substrat olarak kullanılan p-tiraminin MAO izoenzimleri ile reaksiyonu sonunda açığa çıkan hidrojen peroksit, peroksidaz varlığında 10-asetil-3,7-dihidroksifenoksazin (Amplex Red reaktifi) ile spektroflorometrik olarak çoklu plaka okuyucuda tayin edildi. En yüksek aktivite gösteren kumarin türevi 3-(fenildiazenil)-4-hidroksikumarin olarak belirlendi (MAO-A IC50: 204.28 µM, MAO-B IC50: 0.13 µM, Seçicilik İndeksi: 1582.9). En yüksek aktivite gösteren bu kumarin türevi için farklı substrat konsantrasyonlarında kinetik çalışmalar gerçekleştirilerek inhibisyon mekanizması karışık inhibisyon ve Ki değeri: 0.0315 µM olarak tayin edildi. Elde edilen bu sonuçlar 3-(fenildiazenil)-4-hidroksikumarin türevinin MAO-B izoenzimini düşük konsantrasyonlarda, seçimli ve geri dönüşümlü olarak inhibe ettiğini göstermektedir ve Parkinson ve Alzheimer hastalıklarının tedavisinde kullanılabilmek üzere gerçekleştirilecek daha ileri in vivo çalışmalar için ümit vericidir.
Investigation of the Inhibition of Human Monoamine Oxidase A and B by 3-Arylcoumarin derivatives Monoamine oxidase (EC-1.4.3.4, MAO) is a FAD-containing flavoenzyme located on the outer mitochondrial membrane in various cells. MAO exists in two isoenzymes, termed MAO-A and MAO-B which can be distinguished by differences in three-dimensional structure, substrate preference, and inhibitor specificity. These isoenzymes have important roles in degradation of mono amines and therefore inactivation of various neurotransmitters. In this respect, specific MAO inhibitors could be used in treatment of various neurodegenerative and neurological disorders. Depression is the most common psychiatric disorder and despite the new drugs developed it still persists as a major health problem. Alzheimer’s disease is a chronic, neurodegenerative disorder that is characterized by a loss of memory and cognition, decline in language and severe behavioral abnormalities. It is the most common form of dementia among the elderly especially in industrialized countries and one of the leading causes of death in developed countries. Parkinson's disease is a chronic, progressive neurodegenerative movement disorder. Although there is no cure for Parkinson's disease, drugs and surgery may provide symptomatic relief. MAO-A inhibitors are prescribed for the treatment of mental depression and anxiety, while, MAO-B inhibitors are used in symptomatic treatment of Parkinson’s and Alzheimer’s diseases. Coumarins are natural and/ or synthetic organic compounds with benzopyran ring system which has various pharmacological properties such as anticancer, antimicrobial, antioxidant and anticoagulant. In recent years, a number of coumarin derivatives had been shown to have anti MAO activities. In this study, various 3-arylcoumarin derivatives that have been synthesized at Marmara University, Faculty of Arts and Sciences, Biochemistry and Organic Chemistry Laboratories were investigated first time for their ability to inhibit the catalitic activity of MAO-A and MAO-B in vitro. For this purpose, H2O2 which evolves from the reaction of our substrate p-tyramine and MAO isoenzymes has been spectrofluorometrically determined using Amplex Red Reagent. The most potent coumarin derivative has been determined as 3-(phenyldiazenyl)-4-hydroxycoumarin (MAO-A IC50: 204.28 µM, MAO-B IC50: 0.13 µM, Selectivity Index: 1582.9). For this the most potent coumarin derivative, inhibition mechanism has been identified as mixed inhibition with a Ki value of 0.0315 µM (31.5 nM). From these results, it may be concluded that 3-(phenyldiazenyl)-4-hydroxycoumarin derivative selectively and reversible inhibits MAO-B at low concentrations and it is promising in further in vivo studies for the treatment of Parkinson’s and Alzheimer’s diseases.
Investigation of the Inhibition of Human Monoamine Oxidase A and B by 3-Arylcoumarin derivatives Monoamine oxidase (EC-1.4.3.4, MAO) is a FAD-containing flavoenzyme located on the outer mitochondrial membrane in various cells. MAO exists in two isoenzymes, termed MAO-A and MAO-B which can be distinguished by differences in three-dimensional structure, substrate preference, and inhibitor specificity. These isoenzymes have important roles in degradation of mono amines and therefore inactivation of various neurotransmitters. In this respect, specific MAO inhibitors could be used in treatment of various neurodegenerative and neurological disorders. Depression is the most common psychiatric disorder and despite the new drugs developed it still persists as a major health problem. Alzheimer’s disease is a chronic, neurodegenerative disorder that is characterized by a loss of memory and cognition, decline in language and severe behavioral abnormalities. It is the most common form of dementia among the elderly especially in industrialized countries and one of the leading causes of death in developed countries. Parkinson's disease is a chronic, progressive neurodegenerative movement disorder. Although there is no cure for Parkinson's disease, drugs and surgery may provide symptomatic relief. MAO-A inhibitors are prescribed for the treatment of mental depression and anxiety, while, MAO-B inhibitors are used in symptomatic treatment of Parkinson’s and Alzheimer’s diseases. Coumarins are natural and/ or synthetic organic compounds with benzopyran ring system which has various pharmacological properties such as anticancer, antimicrobial, antioxidant and anticoagulant. In recent years, a number of coumarin derivatives had been shown to have anti MAO activities. In this study, various 3-arylcoumarin derivatives that have been synthesized at Marmara University, Faculty of Arts and Sciences, Biochemistry and Organic Chemistry Laboratories were investigated first time for their ability to inhibit the catalitic activity of MAO-A and MAO-B in vitro. For this purpose, H2O2 which evolves from the reaction of our substrate p-tyramine and MAO isoenzymes has been spectrofluorometrically determined using Amplex Red Reagent. The most potent coumarin derivative has been determined as 3-(phenyldiazenyl)-4-hydroxycoumarin (MAO-A IC50: 204.28 µM, MAO-B IC50: 0.13 µM, Selectivity Index: 1582.9). For this the most potent coumarin derivative, inhibition mechanism has been identified as mixed inhibition with a Ki value of 0.0315 µM (31.5 nM). From these results, it may be concluded that 3-(phenyldiazenyl)-4-hydroxycoumarin derivative selectively and reversible inhibits MAO-B at low concentrations and it is promising in further in vivo studies for the treatment of Parkinson’s and Alzheimer’s diseases.